CN110229988B - 一种高强度汽车里程表用齿轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度汽车里程表用齿轮及其制备方法，齿轮材质为合金，合金组成按照重量份计为：碳化钨25‑35份、碳化钛25‑35份、碳化钽25‑35份、铝22‑26份、铁38‑42份、氧化钴16‑20份、钼精矿14‑16份、铜5‑8份、锰8‑10份、氧化铬8‑10份、碳化铬3‑5份、三氧化二锑3‑5份、三氧化二硼2‑6份、二氧化硫2‑4份、氧化锆2‑4份、二氧化硅2‑4份、碳2‑4份。通过上述设置，通过合理配置合金组分，取代部分铁，能够有效提高整体合金强度，特别是碳化钨、碳化钛、碳化铬和碳化钽等组分能够大幅度提升合金强度，同时铝、锰、碳等在提升整体强度的同时也能够尽量出去有害杂质，有利于提升成品品质。

Description

一种高强度汽车里程表用齿轮及其制备方法
技术领域
本发明涉及齿轮制备领域，特别涉及一种高强度汽车里程表用齿轮及其制备方法。
背景技术
汽车里程表齿轮是里程表内的联动机构，基本上每个装有里程表的汽车上均装设有该齿轮，其对于里程表的正常运行至关重要，而里程表的准确的运行对于判断汽车状态也是一项十分重要的参数。
申请公布号为CN101701831A的中国发明专利中公开了一种里程表主动齿轮及其制造方法，其背景技术部分内容纰漏“传统的里程表主动齿轮是由非金属材料组成”，而其方案则是将主动齿轮与差速器壳体设置成一体设置的金属结构，增加主动齿轮的强度和连接强度。
而随着市场的日益成熟，对于里程表用齿轮的要求也越来越高，因此也需要提出一种性能更佳的汽车里程表用齿轮。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种高强度汽车里程表用齿轮；本发明的目的二在于提供一种高强度汽车里程表用齿轮的制备方法。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的，一种高强度汽车里程表用齿轮，齿轮材质为合金，合金组成按照重量份计为：碳化钨25-35份、碳化钛25-35份、碳化钽25-35份、铝22-26份、铁38-42份、氧化钴16-20份、钼精矿14-16份、铜5-8份、锰8-10份、氧化铬8-10份、碳化铬3-5份、三氧化二锑3-5份、三氧化二硼2-6份、二氧化硫2-4份、氧化锆2-4份、二氧化硅2-4份、碳2-4份。
通过采用上述技术方案，通过合理配置合金组分，取代部分铁，能够有效提高整体合金强度，特别是碳化钨、碳化钛、碳化铬和碳化钽等组分能够大幅度提升合金强度，同时铝、锰、碳等在提升整体强度的同时也能够尽量出去有害杂质，有利于提升成品品质。
本发明的进一步设置为：齿轮材质为合金，合金组成按照重量份计为：碳化钨30份、碳化钛30份、碳化钽30份、铝24份、铁40份、氧化钴18份、钼精矿15份、铜6份、锰9份、氧化铬9份、碳化铬4份、三氧化二锑4份、三氧化二硼3份、二氧化硫3份、氧化锆3份、二氧化硅3份，碳3份。
本发明的上述技术目的一是通过以下技术方案得以实现的，一种高强度汽车里程表用齿轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将碳化钨、碳化钛、碳化钽、铝、铁、氧化钴、钼精矿、铜、锰、氧化铬、碳化铬、三氧化二锑、三氧化二硼、二氧化硫、氧化锆、二氧化硅按配方量进行熔炼，得到熔融液；
S2，按照齿轮图纸尺寸要求设计制模，模具包括上下两部分并组装至射芯机中，通过射芯机将型砂压满模具，保持130-140℃条件加热使型砂固化成型，备用；
S3，将S1中制备得到的熔融液在温度维持1425-1550℃的环境中，加入孕育剂，静置30-60min，再将熔融液浇筑至S2中制得的成型模具中，水冷至440-460℃，得到齿轮半成品；
S4，将半成品齿轮经正火、回火和退火处理，得到成品齿轮。
通过采用上述技术方案，将各组分进行熔炼得到熔融液，可以相互分散的更加均匀，再用模具和型砂进行浇筑得到定型后的半成品，并且预留有部分尺寸，在后续的正火、回火和退火中继续处理，提高整体的强度。
本发明的进一步设置为：所述S1中熔融时保持温度为1632-1855℃，并保持熔融加热时间为2.5-3.5h，升温速率为80-100℃/min。
通过采用上述技术方案，将各组分熔融完全，各组分之间充分分散，可以促进整体的强度性能。
本发明的进一步设置为：所述正火是将齿轮半成品在温度为640-660℃条件下保温30-40min，再升温至780-810℃，保温40-60min；回火是将齿轮半成品降温至430-470℃，保温40-50min，再回温至540-560℃，保温40-60min；退火是将齿轮半成品降温至490-530℃，保持1-2h。
通过采用上述技术方案，通过正火、回火和退火，能够释放齿轮中的应力和形变，也能够改善工件工况，改变内部晶体，提升整体强度和韧性。
本发明的进一步设置为：制备所述型砂时，先取得硅砂60份、改性凹土粉40份、丙烯酸树脂10份、叔胺8份、硅烷偶联剂6份和水10份，再将硅砂和水混合均匀后，缓慢加入丙烯酸树脂和改性凹土粉，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂，最后加入叔胺，快速搅拌混合3-5min后得到型砂。
本发明的进一步设置为，所述改性凹土粉通过以下步骤制得：将凹凸棒石粘土粉碎至颗粒大小至粒径≤1mm，然后浸没到清水中，用电动搅拌机搅拌10-20min，转速设定为300～500r/min，然后过滤将溶质浸没到无机稀酸溶液中水浴热处理1-2h，温度设定在70～90℃之间，再向酸化后的悬浮液中加入分散剂焦磷酸钠充分搅拌，协同超声水热法处理2-3h后，最后对其进行离心处理，离心之后，取上层悬浮液经过过滤、干燥后输送到回转式烘干炉内焙烧1～2h即可，焙烧温度为250～350℃。
通过采用上述技术方案，制得的型砂品质良好，有利于铸件的成型。
本发明的进一步设置为：所述孕育剂加入量为熔融液重量的2-4％，所述孕育剂选用硅锶孕育剂。
通过采用上述技术方案，硅锶孕育剂是一种强墨化孕育剂，其墨化能力显著优于75硅铁。与碳硅钙孕育剂相比，墨化能力相近，但它的熔点低，溶解性好，含钙量低，行渣少，允许有较低的孕育温度。与硅铁、钡硅铁相比，其突出的特点是在减少白口的同时并不显著增加共晶团数，因此可以减少缩松倾向，改善铸件致密性和耐水压能力。
综上所述，本发明具有以下有益效果：合理配置合金组分，取代部分铁，能够有效提高整体合金强度，特别是碳化钨、碳化钛、碳化铬和碳化钽等组分能够大幅度提升合金强度，同时铝、锰、碳等在提升整体强度的同时也能够尽量出去有害杂质，有利于提升成品品质；同时合理且优质的加工工艺也能够赋予成品齿轮高强度和良好的耐磨性能和韧性，综合提高齿轮的强度和性能。
具体实施方式
制备例1、一种改性凹土粉，制备时包括如下步骤：将凹凸棒石粘土粉碎至颗粒大小至粒径≤1mm，然后浸没到清水中，用电动搅拌机搅拌12min，转速设定为500r/min，然后过滤将溶质浸没到无机稀酸溶液中水浴热处理1h，温度设定在90℃，再向酸化后的悬浮液中加入分散剂焦磷酸钠充分搅拌，协同超声水热法处理3h后，最后对其进行离心处理，离心之后，取上层悬浮液经过过滤、干燥后输送到回转式烘干炉内焙烧2h即可，焙烧温度为350℃，得到改性凹土粉1。
制备例2、一种改性凹土粉，制备时包括如下步骤：将凹凸棒石粘土粉碎至颗粒大小至粒径≤1mm，然后浸没到清水中，用电动搅拌机搅拌18min，转速设定为300r/min，然后过滤将溶质浸没到无机稀酸溶液中水浴热处理2h，温度设定在78℃，再向酸化后的悬浮液中加入分散剂焦磷酸钠充分搅拌，协同超声水热法处理2h后，最后对其进行离心处理，离心之后，取上层悬浮液经过过滤、干燥后输送到回转式烘干炉内焙烧1h即可，焙烧温度为280℃，得到改性凹土粉2。
制备例3、一种型砂，先取得硅砂60份、40份制备例1制得的改性凹土粉1、丙烯酸树脂10份、叔胺8份、硅烷偶联剂6份和水10份，再将硅砂和水混合均匀后，缓慢加入丙烯酸树脂和改性凹土粉，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂，最后加入叔胺，快速搅拌混合3-5min后得到型砂。
实施例1，一种高强度汽车里程表用齿轮，齿轮材质为合金，合金组成按照重量份计为：碳化钨30份、碳化钛30份、碳化钽30份、铝24份、铁40份、氧化钴18份、钼精矿15份、铜6份、锰9份、氧化铬9份、碳化铬4份、三氧化二锑4份、三氧化二硼3份、二氧化硫3份、氧化锆3份、二氧化硅3份，碳3份。
制备时包括如下步骤：
S1，将碳化钨、碳化钛、碳化钽、铝、铁、氧化钴、钼精矿、铜、锰、氧化铬、碳化铬、三氧化二锑、三氧化二硼、二氧化硫、氧化锆、二氧化硅按配方量进行熔炼，得到熔融液，熔融时保持温度为1855℃，并保持熔融加热时间为2.5h，升温速率为100℃/min；
S2，按照齿轮图纸尺寸要求设计制模，模具包括上下两部分并组装至射芯机中，通过射芯机将制备例3中制备得到的型砂压满模具，保持130-140℃条件加热使型砂固化成型，备用；
S3，将S1中制备得到的熔融液在温度维持1550℃的环境中，加入孕育剂，孕育剂加入量为熔融液重量的2％，且孕育剂选用硅锶孕育剂，静置35min，再将熔融液浇筑至S2中制得的成型模具中，水冷至440-460℃，得到齿轮半成品；
S4，将半成品齿轮经正火、回火和退火处理，得到成品齿轮。正火时将齿轮半成品在温度为640℃条件下保温40min，再升温至780℃，保温60min；回火时将齿轮半成品降温至430℃，保温50min，再回温至540℃，保温60min；退火时将齿轮半成品降温至530℃，保持1h。
实施例2，一种高强度汽车里程表用齿轮，齿轮材质为合金，合金组成按照重量份计为：碳化钨25份、碳化钛25份、碳化钽25份、铝22份、铁38份、氧化钴16份、钼精矿14份、铜5份、锰8份、氧化铬8份、碳化铬3份、三氧化二锑3份、三氧化二硼2份、二氧化硫2份、氧化锆2份、二氧化硅2份，碳2份。
制备时包括如下步骤：
S1，将碳化钨、碳化钛、碳化钽、铝、铁、氧化钴、钼精矿、铜、锰、氧化铬、碳化铬、三氧化二锑、三氧化二硼、二氧化硫、氧化锆、二氧化硅按配方量进行熔炼，得到熔融液，熔融时保持温度为1855℃，并保持熔融加热时间为2.5h，升温速率为100℃/min；
S2，按照齿轮图纸尺寸要求设计制模，模具包括上下两部分并组装至射芯机中，通过射芯机将制备例3中制备得到的型砂压满模具，保持130-140℃条件加热使型砂固化成型，备用；
S3，将S1中制备得到的熔融液在温度维持1550℃的环境中，加入孕育剂，孕育剂加入量为熔融液重量的2％，且孕育剂选用硅锶孕育剂，静置35min，再将熔融液浇筑至S2中制得的成型模具中，水冷至440-460℃，得到齿轮半成品；
S4，将半成品齿轮经正火、回火和退火处理，得到成品齿轮。正火时将齿轮半成品在温度为640℃条件下保温40min，再升温至780℃，保温60min；回火时将齿轮半成品降温至430℃，保温50min，再回温至540℃，保温60min；退火时将齿轮半成品降温至530℃，保持1h。
实施例3，一种高强度汽车里程表用齿轮，齿轮材质为合金，合金组成按照重量份计为：碳化钨35份、碳化钛35份、碳化钽35份、铝26份、铁42份、氧化钴20份、钼精矿16份、铜8份、锰10份、氧化铬10份、碳化铬5份、三氧化二锑5份、三氧化二硼6份、二氧化硫4份、氧化锆4份、二氧化硅4份，碳4份。
制备时包括如下步骤：
S1，将碳化钨、碳化钛、碳化钽、铝、铁、氧化钴、钼精矿、铜、锰、氧化铬、碳化铬、三氧化二锑、三氧化二硼、二氧化硫、氧化锆、二氧化硅按配方量进行熔炼，得到熔融液，熔融时保持温度为1655℃，并保持熔融加热时间为3.5h，升温速率为80℃/min；
S2，按照齿轮图纸尺寸要求设计制模，模具包括上下两部分并组装至射芯机中，通过射芯机将制备例3中制备得到的型砂压满模具，保持130-140℃条件加热使型砂固化成型，备用；
S3，将S1中制备得到的熔融液在温度维持1450℃的环境中，加入孕育剂，孕育剂加入量为熔融液重量的4％，且孕育剂选用硅锶孕育剂，静置55min，再将熔融液浇筑至S2中制得的成型模具中，水冷至440-460℃，得到齿轮半成品；
S4，将半成品齿轮经正火、回火和退火处理，得到成品齿轮。正火时将齿轮半成品在温度为660℃条件下保温30min，再升温至800℃，保温45min；回火时将齿轮半成品降温至460℃，保温45min，再回温至560℃，保温45min；退火时将齿轮半成品降温至490℃，保持2h。
对比例1-5，一种汽车里程表用合金齿轮，包括组分及其对应的重量份数为：氧化钴18份、钼精矿15份、铜6份、氧化铬9份、三氧化二锑4份、三氧化二硼3份、二氧化硫3份、氧化锆3份，还包括的组分及其对应的重量份数如表1所示。
表1对比例1-5中部分组分及其对应含量表
组分 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
碳化钨 0 0 30 30 30
碳化钛 0 0 30 30 30
碳化钽 30 0 30 30 30
碳化铬 4 0 4 4 4
锰 9 9 0 9 0
铝 24 24 0 24 0
碳 3 3 3 0 0
二氧化硅 3 3 3 3 0
铁 100 164 73 43 79
实验部分
将实施例1-3和对比例1-5中各组分按照实施例1中的制备方法制备成标准试样，并按照钢材的拉伸试验方法即GB/T228—2002《金属材料的拉伸试验方法》中的规定进行拉伸强度测试，并将屈服极限记录入表2中；并对剪切强度、延伸率和表面硬度按照标准进行检测，最终将检测结记录入表2中。
表2试验性能表征汇总表
组分 屈服极限/Mpa 剪切强度/Mpa 延伸率 表面硬度HV
实施例1 520 360 11 2600
实施例2 516 355 11 2550
实施例3 512 345 10 2500
对比例1 470 300 12 2200
对比例2 450 280 13 2000
对比例3 485 320 10 2400
对比例4 440 310 11 2100
对比例5 420 260 10 1900

Claims (6)

1.一种高强度汽车里程表用齿轮，其特征在于，齿轮材质为合金，合金组成按照重量份计为：碳化钨30份、碳化钛30份、碳化钽30份、铝24份、铁40份、氧化钴18份、钼精矿15份、铜6份、锰9份、氧化铬9份、碳化铬4份、三氧化二锑4份、三氧化二硼3份、二氧化硫3份、氧化锆3份、二氧化硅3份，碳3份，所述高强度汽车里程表用齿轮的制备方法包括以下步骤：
S1，将碳化钨、碳化钛、碳化钽、铝、铁、氧化钴、钼精矿、铜、锰、氧化铬、碳化铬、三氧化二锑、三氧化二硼、二氧化硫、氧化锆、二氧化硅按配方量进行熔炼，得到熔融液；
S2，按照齿轮图纸尺寸要求设计制模，模具包括上下两部分并组装至射芯机中，通过射芯机将型砂压满模具，保持130-140℃条件加热使型砂固化成型，备用；
S3，将S1中制备得到的熔融液在温度维持1425-1550℃的环境中，加入孕育剂，静置30-60min，再将熔融液浇筑至S2中制得的成型模具中，水冷至440-460℃，得到齿轮半成品；
S4，将半成品齿轮经正火、回火和退火处理，得到成品齿轮。
2.根据权利要求1所述的一种高强度汽车里程表用齿轮，其特征在于，所述S1中熔融时保持温度为1632-1855℃，并保持熔融加热时间为2.5-3.5h，升温速率为80-100℃/min。
3.根据权利要求1所述的一种高强度汽车里程表用齿轮，其特征在于：所述正火是将齿轮半成品在温度为640-660℃条件下保温30-40min，再升温至780-810℃，保温40-60min；回火是将齿轮半成品降温至430-470℃，保温40-50min，再回温至540-560℃，保温40-60min；退火是将齿轮半成品降温至490-530℃，保持1-2h。
4.根据权利要求1所述的一种高强度汽车里程表用齿轮，其特征在于：制备所述型砂时，先取得硅砂60份、改性凹土粉40份、丙烯酸树脂10份、叔胺8份、硅烷偶联剂6份和水10份，再将硅砂和水混合均匀后，缓慢加入丙烯酸树脂和改性凹土粉，搅拌均匀后加入硅烷偶联剂，最后加入叔胺，快速搅拌混合3-5min后得到型砂。
5.根据权利要求4所述的一种高强度汽车里程表用齿轮，其特征在于，所述改性凹土粉通过以下步骤制得：将凹凸棒石粘土粉碎至颗粒大小至粒径≤1mm，然后浸没到清水中，用电动搅拌机搅拌10-20min，转速设定为300～500r/min，然后过滤将溶质浸没到无机稀酸溶液中水浴热处理1-2h，温度设定在70～90℃之间，再向酸化后的悬浮液中加入分散剂焦磷酸钠充分搅拌，协同超声水热法处理2-3h后，最后对其进行离心处理，离心之后，取上层悬浮液经过过滤、干燥后输送到回转式烘干炉内焙烧1～2h即可，焙烧温度为250～350℃。
6.根据权利要求1所述的一种高强度汽车里程表用齿轮，其特征在于：所述孕育剂加入量为熔融液重量的2-4%，所述孕育剂选用硅锶孕育剂。
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